La Virtualizzazione

Soluzioni Informatiche - Articolo di approfondimento – Anno 2010
LA VIRTUALIZZAZIONE
L’Informatica al Vostro Servizio
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“Progettazione, Realizzazione, Manutenzione di soluzioni Hardware e Software”
Soluzioni Informatiche - Articolo di approfondimento
La Virtualizzazione
L’autore
L’ingegnere Roberto Müller, laureato al Politecnico di Milano in Ingegneria Informatica, svolge
attività di consulenza e progettazione di soluzioni ICT presso la Faticoni S.p.A. di Cagliari.
Recapiti: +39 070 5292 255 - 3291831581 - [email protected]
Il presente articolo è inoltre pubblicato sulla rivista trimestrale “Informazione”, dell’Ordine degli Ingegneri di Cagliari e sul sito del medesimo ordine
all’indirizzo http://www.ingegneri-ca.net/informazione/110/info110-g.pdf.
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Virtualizzazione, ecco la nuova frontiera per l’ottimizzazione delle
risorse nel settore ICT
CONTENIMENTO DEI COSTI E MAGGIORE FLESSIBILITÀ CON I SERVER VIRTUALI
L’attuale congiuntura economica mondiale sta portando le aziende a ricercare la
massima efficienza nell’ottica del contenimento dei costi.
L’Informatica, grazie alla sua trasversalità in molteplici settori, può essere
concretamente di aiuto in questo scenario, grazie alla virtualizzazione.
La virtualizzazione è una tecnologia collaudata che è stata utilizzata con successo
sin dagli anni ’60, per partizionare l’hardware degli elaboratori di grandi dimensioni,
denominati mainframe.
Data l’elevata capacità di elaborazione di tali macchine ed i loro costi elevatissimi,
venne progettata la suddivisione logica in più macchine virtuali di dimensioni ridotte, in
grado di avere prestazioni adeguate ai compiti loro assegnati, rendendo così possibile
eseguire più progetti contemporaneamente su un singolo mainframe.
Nel 1978 Intel progettò il microprocessore 8086 a 16 bit che diede origine
all'architettura x86 comunemente nota. I microprocessori attuali dotati di tale architettura,
prodotti da Intel e AMD, sono presenti nel 98% dei sistemi di elaborazione presenti sul
mercato. Tale architettura però, per quanto diffusa, non è in grado di gestire più partizioni
logiche contemporaneamente come avveniva nei mainframe: se fosse possibile si
potrebbero eseguire in tempo reale diversi sistemi operativi contemporaneamente su una
singola macchina.
Principio di funzionamento
I calcolatori elettronici basati sull’architettura x86 sono dotati del Dominio di
Protezione Gerarchica, anche detto Protection Ring. Si tratta di un meccanismo per la
protezione dei dati e delle funzionalità che consente diversi livelli di accesso alle risorse
dell’elaboratore, sia fisiche che logiche.
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Il Livello 0 è quello con i privilegi più elevati e
l’interazione più diretta con i componenti hardware,
quali la CPU (Central Processing Unit ossia il
microprocessore) e la memoria.
La tecnologia di virtualizzazione introduce un
livello ridotto di software direttamente nell’hardware
del server, al Livello 0, ottenendo in questo modo la
separazione tra l’hardware ed il sistema operativo.
Viene così realizzata una astrazione logica rispetto alla architettura fisica esistente,
permettendo di realizzare un partizionamento delle risorse, capace di supportare
adeguatamente la gestione di più “macchine virtuali” o Virtual Machine (VM, secondo la
dicitura adottata da VMware) che risiedono sullo stesso server fisico, come avveniva nei
mainframe.
Queste macchine virtuali sono a tutti gli effetti dei veri e propri server, isolati in
modo logico e completamente indipendenti tra loro, in grado di avere ciascuno una vita
autonoma
ed
un
sistema
operativo
diverso
dall’altro,
funzionanti
tutti
contemporaneamente: questo significa che un medesimo server fisico può dar vita e
gestire diversi server logici (Virtual Machines) dove alcuni utilizzano Windows 2000, altri
Windows XP, qualcuno Linux, altri ancora Novell e Solaris, oppure tutti lo stesso sistema
operativo, secondo le effettive esigenze.
Vantaggi del contenimento dei server fisici
Analogamente a quanto accade con le automobili che spesso trasportano solo il
guidatore senza alcun passeggero, risultando per questo “scariche”, così pure nel mondo
dell’informatica si osserva che la notevole potenza di calcolo disponibile nei moderni
server, spesso risulta essere decisamente sotto utilizzata: mediamente non oltre il 10-15%
della capacità di calcolo.
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Se è vero che è difficile mettere d’accordo tre o quattro persone per viaggiare sulla
medesima vettura, fortunatamente nell’informatica l’ottimizzazione è agevole. Questo fatto
consente pertanto di ottimizzare le risorse e distribuirle in modo più efficace, al fine di
eseguire più carichi di lavoro su un numero ridotto di server.
Ecco alcuni dei principali vantaggi:
•
riduzione degli investimenti futuri in quanto per avere nuovi server basta generarli
via software, finché esiste potenza residua di calcolo da parte dei server fisici:
mediamente ogni server fisico è in grado di fornire potenza di calcolo sufficiente per
10-15 server virtuali che funzionino simultaneamente
•
contenimento del costo complessivo di gestione in quanto minor hardware implica
minori guasti e minor tempo dedicato alla manutenzione fisica
•
diminuzione dei costi relativi alla gestione della server farm, in quanto il numero dei
server fisici risulta sensibilmente ridotto e conseguentemente i consumi energetici
legati sia alla loro alimentazione che a quella dei sistemi di raffreddamento dei locali
ove essi risiedono
•
aumento della flessibilità nella gestione poiché si possono velocemente modificare
il numero di server virtuali, la loro configurazione, la loro topologia di collegamento
Questi vantaggi tecnologici, che peraltro non sono gli unici, si traducono nella reale
e concreta possibilità di creare nuovi server virtuali in pochi minuti, ogni qual volta se ne
sente il bisogno, senza dover ricorrere a investimenti hardware di alcun tipo.
E’ da sottolineare che la piattaforma di virtualizzazione è in grado di consentire la
creazione di server virtuali su cui far funzionare applicativi e sistemi operativi datati (quali
ad esempio Windows 3.1, 95, 98, ME, NT, 2000, etc) in modo da consentire il loro uso sui
nuovi ambienti, peraltro con prestazioni sensibilmente superiori. In questo modo non si
avrà più nessun vincolo rigido che lega i vecchi applicativi al vecchio hardware, perché
l’hardware, ora, sarà solo virtuale.
Questo fattore è di strategica importanza nel mondo dell’informatica per via del
rapidissimo processo di invecchiamento a cui sono soggetti i calcolatori elettronici.
Architetture tipiche
La progettazione della evoluzione di soluzione tradizionale verso un’architettura
informatica basata sulla virtualizzazione deve tenere conto di numerosi fattori, tra i quali:
•
il carico computazionale attuale, misurabile su ciascun singolo server
•
le caratteristiche tecniche delle macchine attualmente in esercizio
•
le stime di espansione dei sistemi di calcolo
•
le migliorie che si possono introdurre con la razionalizzazione delle topologie delle
reti LAN esistenti, spesso non ottimali
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Da questi dati di partenza si progetta l’architettura più adeguata ed il suo
dimensionamento. Mentre quest’ultimo è direttamente proporzionale al carico
computazionale, l’architettura invece è funzionale a numerosi fattori, legati anche ai livelli
di prestazioni e di affidabilità che si desidera ottenere.
Una classica soluzione prevede l’utilizzo di cluster computazionali composti da
almeno due server fisici, sui quali viene realizzato il sistema di virtualizzazione che
ospiterà i diversi server virtuali.
L’utilizzo
del
cluster
permette
di
realizzare
un’architettura ad Alta Affidabilità,
ossia caratterizzata dalla capacità
di sopportare il completo cedimento
di uno dei due server fisici senza
compromettere il funzionamento
dei sistemi virtuali presenti.
Per completare l’architettura,
occorre prevedere un sistema di
memorizzazione, sia per i dati che
verranno utilizzati e generati da
ciascun server virtuale, sia per i
medesimi server che, ricordiamolo,
essendo virtuali sono pertanto
software, ossia file.
L’ottimale funzionamento è
realizzabile attraverso l’adozione di
una SAN, Storage Area Network. Si tratta di un sistema dedicato alla memorizzazione dei
dati su batterie di dischi rigidi in grado di garantire prestazioni elevate e livelli di affidabilità
adeguata.
E’ possibile raggiungere l’Alta Affidabilità anche per sistema di memorizzazione,
attraverso l’utilizzo di tecnologie RAID (Redundant Array of Independent Disks) e la
ridondanza di diversi moduli hardware presenti in vari punti dell’architettura.
Ulteriori componenti virtuali
All’interno della piattaforma virtuale che si viene a creare, è possibile realizzare vere
e proprie reti LAN (Local Area Network) virtuali, con tanto di switch e router virtuali, con il
fine di creare delle vere e proprie reti di calcolo di qualunque complessità e topologia.
Attualmente sono inoltre disponibili sul mercato sistemi dedicati alla sicurezza
informatica in versione virtuale anziché fisica: il dispositivo tradizionale da montare
nell’armadio rack, viene sostituito da una macchina virtuale, dotata al suo interno di
sistema operativo e relativo applicativo software svolgente le funzioni del dispositivo
hardware. Il dispositivo virtuale quindi può essere acquistato via Internet, scaricato (in
quanto software) praticamente in tempo reale, installato in un ambiente virtuale e messo in
funzione in pochi minuti, con tutti i vantaggi offerti da un sistema virtuale.
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